长期以来，对准一维超导体中的超导-绝缘体转变（SIT）机理存在争论，其核心是绝缘态的本质是什么，究竟是什么参量控制了这个SIT转变。中国科学院强磁场科学中心田明亮课题组通过对不同直径的Nb2PdS5单晶纳米线的研究发现，其转变机理并非是普遍认为的正常态电阻达到一个普适量子电阻来控制，而是由纳米线面积来控制。另外，处于绝缘态的Nb₂PdS₅超细纳米线其输运特性表现出奇异的幂函数非线性行为。结果分析表明：Nb₂PdS₅纳米线的绝缘态性质完全可以用扩展的变程跳跃模型来解释，而不是传统认为的准一维电子系统的Luttinger输运机制。

　　Nb₂PdS₅是近期发现的一种具有超高临界磁场的新型准一维超导体，其晶体由准一维金属链堆垛而成，是研究准一维超导电子结构的理想体系。课题组宁伟副研究员通过与张昌锦研究员课题组合作，通过化学剥离块体单晶纤维，得到各种尺寸的单晶纳米线，并对其超导电性进行了深入研究。研究发现，随着尺寸的逐渐减小，纳米线超导电性逐渐变弱并最终导致SIT，且出现SIT时的电阻与量子电阻没有直接关系。更为重要的是，处于绝缘态的超细纳米线，其电子输运行为随着温度和偏置电压均表现出反常的幂指数（power-law）行为，且不同温度下的电压-电流（V-I）曲线能够归一化为同一条曲线，而且在低温时出现电导饱和的特征。

　　在传统的准一维电子系统中，幂指数和其归一化行为通常认为是满足Luttinger液体理论的重要证据。但是在本研究发现，虽然电子输运也表现出幂指数特征，但是Luttinger液体理论并不完全适用，而扩展的变程跳跃模型反而可以很好地解释电子的各种行为。相关研究结果对重新深入认识准一维电子系统中电子的幂指数输运行为和Luttinger液体理论的适用范围具有重要的启发作用。相关论文发表在近期出版的Appl. Phys. Lett.上。

　　该项研究获得科技部“973”项目、基金委国家自然科学基金项目的支持。

　　文章链接

(a) Nb2PdS5单晶纳米线的SEM图像；(b) Nb2PdS5的晶体结构图；(c) 经过微加工后的Nb2PdS5纳米线器件

单根Nb2PdS5纳米线的V-I曲线和不同温度下的曲线归一化行为